JP2017204977A

JP2017204977A - 電源保護装置

Info

Publication number: JP2017204977A
Application number: JP2016096912A
Authority: JP
Inventors: 一暢入谷; Kazunobu Iritani
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16

Abstract

【課題】電源装置の電流制限値以下でオーミックショートが発生した場合でも、電源装置の出力を遮断させることができる電源保護装置を提供する。【解決手段】入力電圧である商用交流電圧ＡＣを予め設定された所定レベルの直流電圧に変換し、変換した直流電圧を消費電流が異なる複数の装置状態（省電力状態、待機状態、動作状態）を有する負荷３に出力する電源装置２を保護する電源保護装置４であって、電源装置２の出力電流を検出する電流検出部４１と、電源装置２から負荷３への直流電圧Ｖｏの出力を遮断するスイッチ回路４３と、装置状態に応じた電流閾値を設定し、電流検出部４１によって検出された出力電流が電流閾値以上になると、スイッチ回路４３を制御して電源装置２から負荷３への直流電圧の出力を遮断させる比較制御部４４とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、広い電流出力範囲を有する電源装置の電源保護装置に関する。

外部装置に電源を供給する電源供給装置を、０Ω地絡のみならずＤＣ地絡（以下：オーミックショート）からも保護する保護装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の保護装置において、０Ω地絡の過負荷状態は、電流検出回路で異常電流状態を検出し、オーミックショートは、出力電圧の低下を検出する。これら検出時にはＤＣ出力部の回路を開放させ、電源供給装置の過負荷による破損を防ぐ構成となっている。

特開２００２−３５９９２０号公報

複写機、ＦＡＸ（Facsimile）、ＭＦＰ（Multifunction Peripheral）等の電子機器で使用される電源装置は、通常ＡＣＤＣ変換型が用いられ、省電力モードの低出力電流から動作状態の高出力電流まで電流出力が広範囲である。そして、動作状態では高出力電流のため電源装置の素子発熱が大きくなるため冷却装置を作動させ、省電力モードでは低出力電流であるため冷却装置を停止させる制御が一般的である。このような電源装置において、電源装置を保護するための電流制限値は、動作状態で制限が掛からないよう動作状態の出力電流より高めに設定される。従って、オーミックショート時の異常電流が電流制限値よりも低い場合、オーミックショート時の異常電流が継続して流れてしまう。特に、省電力モードでオーミックショート状態となると、冷却装置の作動が停止しているため、オーミックショート時の異常電流による素子発熱で電源装置が破壊される虞がある。また、電源装置が破壊されない場合であっても、負荷側へ電力を供給するハーネスやオーミックショートが発生した基板やユニットに異常電流が流れ続けて破壊に至る虞がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電源装置の電流制限値以下でオーミックショートが発生した場合でも、電源装置の出力を遮断させることができる電源保護装置を提供することを目的とする。

本発明の電源保護装置は、入力電圧を予め設定された所定レベルの直流電圧に変換し、変換した前記直流電圧を消費電流が異なる複数の装置状態を有する負荷に出力する電源装置を保護する電源保護装置であって、前記電源装置の出力電流を検出する電流検出部と、前記電源装置から前記負荷への前記直流電圧の出力を遮断するスイッチ回路と、前記装置状態に応じた電流閾値を設定し、前記電流検出部によって検出された前記出力電流が前記電流閾値以上になると、前記スイッチ回路を制御して前記電源装置から前記負荷への前記直流電圧の出力を遮断させる比較制御部とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明の電源保護装置において、前記負荷は、前記装置状態として第１状態と、当該第１状態よりも消費電流が大きい第２状態とを有し、前記比較制御部は、前記負荷が前記第１状態である場合、前記電流閾値を前記第１状態の消費電流より大きく前記第２状態の消費電流より小さい値に設定させ、前記負荷が前記第２状態である場合、前記第１状態の消費電流より大きく前記電源装置の電流制限値よりも小さい値に設定させても良い。
さらに、本発明の電源保護装置は、前記電源装置の出力電圧を検出する電流検出部を具備し、前記比較制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記出力電流が予め設定された電圧閾値未満になると、前記電源装置を停止させても良い。

本発明の電源保護装置によれば、電源装置からの直流電圧が、負荷で消費されているのか、負荷側の異常により消費されているのかを判断できるため、電源装置の制限電流値以下でオーミックショートが発生した場合でも、電源装置の出力を遮断させることができるという効果を奏する。

本発明に係る電源保護装置を備えた画像形成装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。図１に示す電源装置の出力電圧電流特性を示す図である。図１の比較制御部の動作を説明するフローチャートである。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、本実施の形態では、本発明に係る電源保護装置を備えた電子機器として複写機１を例に説明するが、これに限定する趣旨ではなく、電子機器は、例えば、プリンター、ファクシミリ装置、又はスキャナー等の画像処理装置や、これら画像処理装置の機能を兼ね備えた複合機であってもよい。

本実施の形態の複写機１は、図１に示すように、電源装置２と、負荷３と、電源保護装置４とを備えている。電源装置２は、例えば、スイッチング素子を備えたＡＣＤＣコンバーター等のスイッチング電源装置であり、商用交流電圧ＡＣ等の入力電圧を予め設定された所定レベルの直流電圧Ｖｏに変換し、変換した直流電圧Ｖｏを負荷３に出力する。

負荷３は、液晶ディスプレイ等の表示部、原稿の画像を読み取る画像読取部、画像を記録紙に形成する画像形成部等の複写機１を構成する各構成要素からなり、主制御部３１と、電源装置２を冷却する冷却ファン３２とを備えている。

主制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。ＲＯＭには複写機１の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。主制御部３１は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、図示しない操作部ら入力された所定の指示情報に応じて装置全体の制御を行う。なお、主制御部３１には、図示しないＤＣＤＣコンバーターを用いて直流電圧Ｖｏを降圧した所定レベルの直流電圧が供給される。

また、主制御部３１は、負荷３を動作可能な状態で待機させる待機状態と、負荷３の大部分の動作を停止させる省電力状態とを切り替える状態切替部として機能する。そして、主制御部３１は、待機状態及び省電力状態では、静音化のため冷却ファン３２の作動を停止させ、負荷３の画像読取部や画像形成部が動作している動作状態では、冷却ファン３２を作動させる。さらに、主制御部３１は、負荷３の装置状態（省電力状態、待機状態、動作状態）を電源保護装置４に通知する。

図２には、電源装置２の出力電圧電流特性が示されている。図２において、最小出力電流Ｉａ_ｍｉｎ〜最大出力電流Ｉａ_ｍａｘは負荷３が省電力状態Ａである場合の出力電流であり、省電力状態Ａの最大出力電流Ｉａ_ｍａｘよりも大きい最小出力電流Ｉｂ_ｍｉｎ〜最大出力電流Ｉｂ_ｍａｘは負荷３が待機状態Ｂである場合の出力電流であり、待機状態Ｂの最大出力電流Ｉｂ_ｍａｘよりも大きい最小出力電流Ｉｃ_ｍｉｎ〜最大出力電流Ｉｃ_ｍａｘは負荷３が動作状態Ｃである場合の出力電流である。この省電力状態Ａ、待機状態Ｂ及び動作状態Ｃが通常の動作範囲である。すなわち、負荷３における消費電流は、省電力状態Ａよりも待機状態Ｂが大きく、待機状態Ｂよりも動作状態Ｃが大きい。

電源装置２は、過電流保護回路を備え、動作状態Ｃの最大出力電流Ｉｃ_ｍａｘを越える値に設定された電流制限値Ｉｄを出力電流が超えると電源装置２を保護するため電流制限が動作し始める。また、負荷３側が０Ωで地絡すると、出力電流が増大すると共に、出力電圧の値は、ほぼゼロとなるが、過電流保護回路が作動することにより出力電流は保護ポイントＥにおける設定値まで低下する。

電源保護装置４は、電源装置２の出力電流を検出する電流検出部４１と、電源装置２の出力電圧を検出する電圧検出部４２と、電源装置２から負荷３への直流電圧Ｖｏの出力を遮断するスイッチ回路４３と、比較制御部４４とを備えている。

比較制御部４４は、図３を参照すると、主制御部３１からの装置状態の通知（ステップＡ１）と、出力電流が電流閾値以上になること（ステップＡ２）と、出力電圧が電圧閾値未満になること（ステップＡ３）とを監視している。

ステップＡ１で主制御部３１から装置状態が通知されると、比較制御部４４は、主制御部３１から通知された装置状態に応じた電流閾値を設定し（ステップＡ４）、ステップＡ１に戻る。図２を参照すると、主制御部３１から通知された装置状態が省電力状態である場合、比較制御部４４は、電流閾値を省電力状態Ａの最大出力電流Ｉａ_ｍａｘよりも大きく待機状態Ｂの最小出力電流Ｉｂ_ｍｉｎよりも小さいＩ_ｔｈａに設定する。主制御部３１から通知された装置状態が待機状態である場合、比較制御部４４は、電流閾値を待機状態Ｂの最大出力電流Ｉｂ_ｍａｘよりも大きく動作状態Ｃの最小出力電流Ｉｃ_ｍｉｎよりも小さいＩ_ｔｈｂに設定する。主制御部３１から通知された装置状態が動作状態である場合、比較制御部４４は、電流閾値を動作状態Ｃの最大出力電流Ｉｃ_ｍａｘよりも大きく電源装置２の電流制限値Ｉｄよりも小さいＩ_ｔｈｃに設定する。これにより、ステップＡ２では、電流検出部４１によって検出された出力電流と、装置状態に応じて設定された電流閾値とが比較され、出力電流が電流閾値以上か否かが判断されることになる。

ステップＡ２で出力電流が電流閾値以上である場合、比較制御部４４は、スイッチ回路４３を制御して、電源装置２から負荷３への直流電圧Ｖｏの出力を遮断させる（ステップＡ５）。出力電流と比較する電流閾値は、装置状態に応じて設定されている。従って、オーミックショートに起因する異常電流が電源装置２の電流制限値Ｉｄ未満であっても、異常電流を検出して直流電圧Ｖｏの出力を遮断させることができ、装置状態の最大出力電流を越えた出力電流が流れ続けることを防止することができる。

ステップＡ３で出力電圧が電圧閾値未満である場合、比較制御部４４は、電源装置２の動作を停止させる（ステップＡ６）。なお、電圧閾値は、０Ω地絡状態を検出するために予め設定された値である。

以上説明したように、本実施の形態は、入力電圧である商用交流電圧ＡＣを予め設定された所定レベルの直流電圧Ｖｏに変換し、変換した直流電圧Ｖｏを消費電流が異なる複数の装置状態（省電力状態、待機状態、動作状態）を有する負荷３に出力する電源装置２を保護する電源保護装置４であって、電源装置２の出力電流を検出する電流検出部４１と、電源装置２から負荷３への直流電圧Ｖｏの出力を遮断するスイッチ回路４３と、装置状態に応じた電流閾値を設定し、電流検出部４１によって検出された出力電流が電流閾値以上になると、スイッチ回路４３を制御して電源装置２から負荷３への直流電圧Ｖｏの出力を遮断させる比較制御部４４とを備えている。
この構成により、電源装置２からの直流電圧Ｖｏが、負荷３で消費されているのか、負荷３側の異常により消費されているのかを判断できるため、電源装置２の制限電流値以下でオーミックショートが発生した場合でも、電源装置２の出力を遮断させることができる。従って、冷却ファン３２の停止している省電力状態や待機状態での異常電流による素子発熱を防止され、電源装置の破壊を防止することができる。さらに、負荷３においても、異常電流が流れ続けることがないため、負荷側へ電力を供給するハーネスやオーミックショートが発生した基板やユニットの破壊を防止することができる。

さらに、本実施の形態では、負荷２は、装置状態として省電力状態と、省電力状態よりも消費電流が大きい待機状態と、待機状態よりも消費電流が大きい動作状態とを有し、比較制御部４４は、負荷３が省電力状態Ａである場合、電流閾値を省電力状態Ａの消費電流の最大値である最大出力電流Ｉａ_ｍａｘよりも大きく待機状態Ｂの消費電流の最小値である最小出力電流Ｉｂ_ｍｉｎよりも小さいＩ_ｔｈａに設定させ、負荷３が待機状態Ｂである場合、電流閾値を待機状態Ｂの消費電流の最大値である最大出力電流Ｉｂ_ｍａｘよりも大きく動作状態Ｃの消費電流の最小値である最小出力電流Ｉｃ_ｍｉｎよりも小さいＩ_ｔｈｂに設定させ、負荷３が動作状態Ｃである場合、電流閾値を動作状態Ｃの消費電流の最大値である最大出力電流Ｉｃ_ｍａｘよりも大きく電源装置２の電流制限値Ｉｄよりも小さいＩ_ｔｈｃに設定する。
この構成により、出力電流と比較する電流閾値を、出力電流が負荷３で消費されているのか、負荷３側の異常により消費されているのかを判断できる適切な値に設定することができる。

さらに、本実施の形態では、電源装置２の出力電圧を検出する電流検出部４２を具備し、比較制御部４４は、電圧検出部４２によって検出された出力電流が予め設定された電圧閾値未満になると、電源装置２を停止させる。
この構成により、０Ω地絡状態を検出して、電源装置２の動作を停止させることができる。

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

１複写機
２電源装置
３負荷
４電源保護装置
３１主制御部
３２冷却ファン
４１電流検出部
４２電圧検出部
４３スイッチ回路
４４比較制御部

Claims

入力電圧を予め設定された所定レベルの直流電圧に変換し、変換した前記直流電圧を消費電流が異なる複数の装置状態を有する負荷に出力する電源装置を保護する電源保護装置であって、
前記電源装置の出力電流を検出する電流検出部と、
前記電源装置から前記負荷への前記直流電圧の出力を遮断するスイッチ回路と、
前記装置状態に応じた電流閾値を設定し、前記電流検出部によって検出された前記出力電流が前記電流閾値以上になると、前記スイッチ回路を制御して前記電源装置から前記負荷への前記直流電圧の出力を遮断させる比較制御部とを具備することを特徴とする電源保護装置。
前記負荷は、前記装置状態として第１状態と、当該第１状態よりも消費電流が大きい第２状態とを有し、
前記比較制御部は、前記負荷が前記第１状態である場合、前記電流閾値を前記第１状態の消費電流より大きく前記第２状態の消費電流より小さい値に設定させ、前記負荷が前記第２状態である場合、前記第１状態の消費電流より大きく前記電源装置の電流制限値よりも小さい値に設定させることを特徴とする請求項１記載の電源保護装置。
前記電源装置の出力電圧を検出する電流検出部を具備し、
前記比較制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記出力電流が予め設定された電圧閾値未満になると、前記電源装置を停止させることを特徴とする請求項１又は２記載の電源保護装置。